книги хакеры / журнал хакер / 186_Optimized

Кодинг

ЗНАКОМИМСЯПОБЛИЖЕ

Проект Arduino построен на базе микроконтроллера Atmel ATmega2560 (далее мы будем рассматривать версию Arduino Mega 2560), который является представителем SoC (System on a Chip, «система на кристалле»). Чем же примечательна эта концепция построения микроконтроллеров?

Если открыть системный блок компьютера, то внутри мы обнаружим необъятных размеров материнку, в которую вставлен процессор, оперативная память и еще куча всякого добра (и зла). Микроконтроллер с маркировкой ATmega2560 (см. рис. 1), который мы можем лицезреть на плате Arduino, содержит все перечисленное сразу.

ВСКРЫТИЕПОКАЖЕТ

Микроконтроллеры отличаются друг от друга количеством «ног», списком бортовой периферии, объемами Flash и оперативной памяти. Звучит «глобально», но на деле Atmel спроектировал свои контроллеры обратно совместимыми чуть ли не от самого старшего до самого младшего (далее станет понятно, почему не так все страшно). Для любознательных — добро пожаловать на сайт Atmel (goo.gl/wP302R), где можно подробно сравнить микроконтроллеры.

Кратко про нашего подопытного:

•микроконтроллер ATmega2560;

•объем Flash-памяти 256 Кб;

•объем оперативной памяти 8 Кб;

•объем EEPROM-памяти 4 Кб;

•тактовая частота 16 МГц.

Многие обратят внимание на тактовую частоту. Всего 16 МГц, но для большинства задач, для которых используются подобные малютки, этого более чем достаточно.

Остановимся чуть подробнее на видах памяти.

Что-тоспамятьюмоейстало

•Flash-память предназначена для хранения и исполнения кода программы, а также для хранения констант.

•SRAM — оперативная память отдается полностью под хранение данных программы (что очевидно).

•EEPROM — отдельный орган микроконтроллера, энергонезависимая память, используется для хранения каких-то калибровочных данных, может быть использована под журналы и прочие данные, которые мы не хотим потерять, если вдруг питание нашего устройства пропадет.

Flash

Основная память микроконтроллера, из которой выполняется код. Может быть перезаписана программатором или специальными функциями самопрограммирования. Для записи в ячейку памяти необходимо, чтобы она была заранее очищена. Очистка памяти происходит страницами. То есть перезаписать один байт так просто не получится.

1

TOOLCHAIN

Toolchain — набор инструментов

для компиляции и генерации исполняемого кода. Часто термин используют применительно к кросс-средствам, когда архитектура процессора, на котором генерируется код, отличается от архитектуры целевого процессора. Например, мы будем использовать кросс-средства для компиляции кода, исполняемого на процессоре

с архитектурой AVR, но наш компьютер управляется процессором с архитекту-

рой x86 (x64).

INFO

Пользователям *nix крупно повезло, так как весь используемый в статье софт-зоопарк есть в репозиториях практически всех популярных дистрибутивов.

WARNING

При работе с микроконтроллером постарайся убрать все металлические предметы, чтобы предотвратить случайное короткое замыкание и выход платы из строя.

Рис 1. Сердце Arduino, процессор

ATmega2560

EEPROM

Затронем самую незнакомую аббревиатуру — EEPROM. EEPROM является представителем энергонезависимой памяти. Почему не Flash? Все очень просто:

1.EEPROM предоставляет доступ на чтение и запись к каждой ячейке памяти, в отличие от Flash, где перед записью необходимо очищать целую страницу памяти (это даже звучит долго :)).

2.EEPROM имеет гораздо больший ресурс циклов перезаписи. Все логично, программу ты записываешь (в идеальном случае) один раз, данные программа менять может по ходу жизни устройства множество раз.

3.EEPROM доступна на чтение практически мгновенно.

Есть у EEPROM и недостатки. Очень уж она медленная на запись, но этому противопоставляется мгновенная (по меркам контроллера) скорость чтения данных. На текущий момент существует новый вид памяти, называемый FRAM, но это отдельная тема для разговоров (например, Texas Instruments предлагает микроконтроллеры, полностью построенные на FRAM, тем самым убивая целое стадо зайцев: стираются границы доступа к памяти).

Давай теперь рассмотрим архитектуру самого микроконтроллера. Как можно подглядеть в вики, он у нас построен по гарвардской архитектуре, то есть область данных и область кода разделены. Да не как-нибудь, а физически. Для того чтобы в программе прочитать в регистр байт из оперативной памяти, из памяти программ или EEPROM, надо дать процессору абсолютно разные инструкции. Это одновременно и удобно, так как никакие переполнения не приведут к искажению кода программы, и жутко неудобно при обращении к данным.

Код нашей программы выполняется напрямую из Flash, в отличие от Большого компьютера, где код программы загружается в память и уже туда передается управление.

ВБОЙ Инструменты

Работать мы будем под Linux (у меня стоит Ubuntu 13.10), так что все указания будут справедливы для работы именно в этой ОС. Впрочем, выбор ОС не принципиален, так как пользоваться мы будем кросс-платформенными инструментами.

Для начала нам понадобится среда разработки. Обычно я пользуюсь Eclipse с установленным плагином для AVR (найти можно в репозитории Eclipse), но на этот раз решил поставить эксперимент и попробовать Code::Blocks (www.codeblocks. org). Результаты эксперимента меня порадовали :).

Далее топаем на сайт Atmel и скачиваем Atmel AVR 8-bit Toolchain 3.4.3 (goo.gl/uIUmkC). На сайте атмелов нам предложат зарегистрироваться, делай смело, в этом ничего страшного, даже спам не приходит. Существует и более свежая версия сборки тулчайнов, которая идет в составе средств разработки для Arduino, но нам это не принципиально.

В Arduino по-хардкорному

Все микроконтроллеры обладают встроенным интерфейсом программирования и внутрисистемной отладки. На нашей плате есть интерфейс последовательной шины SPI, к которой можно подключить аппаратный отладчик и отлаживать программу так же, как и на большом компьютере.

Внашем случае все несколько упрощено. Разработчики Arduino поместили на плату дополнительный контроллер, который эмулирует переходник RS232 <-> USB, назовем его uATmega (на самом деле это микрокон-

троллер ATmega16U).

Вмикропроцессор уже прошит загрузчик, который умеет использовать функции самопрограммирования микроконтроллера (то есть средствами микроконтроллера стирает и записывает страницы памяти) для записи прошивки и общается с внешним миром по протоколу программатора STK500v2. При изменении сигнала DTR интерфейса RS232 uATmega дергает ножкой перезагрузки основного микроконтроллера и дает команду загрузчику «Слушай команды программатора». В обычном режиме после сброса основного микроконтроллера загрузчик передает управление основной прошивке.

Для программирования нашего микроконтроллера мы используем утилиту /usr/bin/avrdude. AVRDUDE довольно простая, но мощная штука, которая умеет записывать и читать данные микроконтроллера.

Давай бегло пробежимся по флагам, которые мы будем использовать дальше:

•'-p' — указываем тип микроконтроллера ATmega2560;

•'-c' — тип программатора, которым мы прошиваем микроконтроллер (помним, что в Arduino загрузчик эмулирует работу программатора

STK500);

•'-D' — этот ключ необходимо передать утилите avrdude, чтобы она не давала команду на очистку всего микроконтроллера, так как в нашем случае это ни к чему не приведет;

•'-P' — указывается устройство последовательного порта, к которому подключен программатор. В моем случае это было устройство USB последовательного порта /dev/ttyACM0, но, чтобы не сбивать читателя с толку, я сделал поиск определенного устройства.

WARNING

Редакция и автор не несут ответственности за возможный причиненный вред здоровью и имуществу при несоблюдении техники безопасности работы с электроприборами.

Рис. 3. Настройка утилиты программирования

Кодинг

3

5

FUSE-ŗŞŨű

Опасная и полезная особенность микроконтроллеров. Это программируемые биты, которые можно выставить только один раз, а стираются они только после полной очистки микроконтроллера. С помощью FUSE-битов можно настраивать различные режимы работы микроконтроллера, в том числе запретить чтение памяти микроконтроллера программатором для защиты от конкурентов, которые могут считать (или дизассемблировать) твою прошивку и использовать ее в своих целях.

Что же в них опасного? А то, что неправильно выставленные FUSE-биты могут загнать микроконтроллер в такой режим, из которого потом будет очень сложно его вывести, либо просто угробить устройство. Например, можно отключить интерфейс отладчика, тогда ты больше не сможешь очистить контроллер и записать в него другую прошивку. Будь осторожен и бдителен!

Но мы с тобой можем быть пока спокойны, так как в нашем примере мы используем интерфейс программирования через прошив- ку-загрузчик, который не дает возможности управлять FUSE-битами.

ŢŖŠŦŤŧűŚšŵŦŖŗŤŨű ŧťŞţŖŢŞŘŨũšŭŖşţśAVR

В микропроцессорах любое действие — это запись или чтение из адреса памяти. Память нашего микропроцессора ATmega2560 разбита на две области: адреса ниже 0x200 отданы под регистры периферии микропроцессора, адреса старше 0x200 отданы под SRAM и внешнюю память.

Так как работа с пинами микропроцессора — дело достаточно муторное, то в тулчайне существует множество макросов для облегчения рутины разработчика. Приведем отдельные из них, которые встретятся в коде:

•DDRB — макрос, определяющий адрес регистра направления данных. Говоря простым языком, этот регистр отвечает за то, в каком режиме будет работать та или иная нога процессора — на вход (принимать сигнал) или на выход (управлять чемнибудь);

•_BV(bitnum) — простенький макрос, занимающийся установкой соответствующего бита, номер которого указан в качестве параметра, в '1' или в простонародье (1 << (bitnum));

•PORTB — адрес порта ввода-вывода

PORTB.

Все эти макросы ты можешь изучить, пройдя по их объявлениям из кода программы примера.

ŠŤŚŞţřŖ ťŤŚOS X

ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ ДИО, ВИДЕО, РАБОТА С ОКАЦИЕЙ

Юрий «yurembo» Язев yazevsoft@gmail.com

ЧАСТЬ

2

ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕМУЛЬТИМЕДИА:ВИДЕО

Для проигрывания мультимедиа на обеих платформах: в OS X (фреймворк Cocoa) и в iOS (фреймворк Cocoa Touch) используется библиотека AV Foundation. Это очень объемный и многофункциональный фреймворк для проигрывания видео и аудио широкого спектра форматов, среди которых QuickTime, MPEG4 Audio, WAV, MP3 и многие другие. Тем не менее для библиотеки AV Foundation не имеет значения, какого формата определенный медиаобъект, мы можем просто указать библиотеке на ресурс и стандартным образом проиграть его, не делая никаких предположений относительно его формата. Рассматриваемая библиотека представляет ресурс как ассет. Ассеты могут быть загружены по сети как удаленный ресурс или с локального устройства хранения информации (необязательно жесткого диска). В обоих случаях ресурс загружается с URL.

Воспроизводятся медиаданные с помощью объекта класса AVPlayer. Между тем этот объект не умеет отображать видео. Для этого в OS X используются слои. Прежде чем перейти непосредственно к проигрыванию видео, нам необходимо обсудить этот важный момент.

В операционной системе OS X слои наравне с анимациями являются объектами, включенными во фреймворк Core Animation. К слову, изначально он был разработан для iOS,

а к Mac OS X добавлен только в версии 10.5. Несмотря на свое название, он не только воспроизводит анимацию, но и также представляет хорошо оптимизированную систему рендеринга. Возможности данного фреймворка в отношении анимаций мы сегодня рассматривать не будем, а сконцентрируем свое внимание на слоях. Слой представляет собой прямоугольную область, которую визуализирует видеоадаптер в тот момент, когда программе необходимо что-то показать пользователю в области вида, другими словами, на экране — в окне приложения. Слои являются экземплярами класса CALayer (и его потомков). Чтобы создать слой в приложении, надо создать объект NSView (в OS X) и UIView (в iOS). В отличие от последних слои не выполняют никакую нагрузку, кроме отображения контента. Имеются некоторые различия в работе слоев в разных операционных системах. Поскольку в OS X слои — рекомендуемый, но никак не единственный способ отображения графики, то объекты NSView управляют экземплярами класса CALayer обособленно, то есть каждым отдельно. С другой стороны, в iOS объект класса UIView является своего рода оберткой для CALayer, поэтому, задавая позицию для UIView, мы фактически задаем позицию для слоя. На нижнем уровне объекты класса CALayer представлены четырехугольными примитивами OpenGL с изменяющимися текстурами, что позволяет добиться высокопроизводительного видеовывода.

Рецепты кодинга под OS X, часть 2

0

1

Рецепты кодинга под OS X, часть 2

3

4

}

@end

Первый из них служит для получения координат, второй — для выполнения обратного геокодирования. Ниже, в области реализации класса, синтезируем свойства-аутлеты.

Для примера — свойство latitudeText: @synthesize latitudeText = _latitudeText; остальные подобным образом (см. исходник (сэмпл GeoLocation)). Тем самым мы сообщаем компилятору Objective-C, чтобы он автоматически сгенерировал методы SET и GET для этих свойств. Переменная справа от знака присваивания (с лидирующим символом подчеркивания) нигде не объявлена, она синтезируется автоматически, то есть ее подставляет компилятор (в некоторых других языках, например C#, вместо нее служит ключевое слово value). Как только приложение загрузится и элементы управления на форме будут сгенерированы, надо создать объявленные объекты. Когда наступает этот момент, генери-

руется событие windowControllerDidLoadNib, следуй в его об-

работчик. Далее я не буду приводить весь код, так как куски довольно большие. Сначала создается и инициализируется объект _locationManager, затем ему передается сообщение startUpdatingLocation, и он начинает отслеживать положение на мировой карте. Таким же образом создается объект _geocoder, потом всем надписям для начального вывода присваивается «-», после чего на время ожидания информации о местоположении запускается анимация индикатора про-

гресса: [self.progressBar startAnimation:nil];. Обрати внимание:

поскольку координаты после вызова startUpdatingLocation обновляются периодически, это может стать причиной ненужного расхода заряда аккумулятора при неиспользовании приложения, поэтому во время его деактивации надо отключить объект _locationManger, передав ему сообщение stopUpdatingLocation.

Когда объект _locationManager получает данные, он генерирует событие didUpdateToLocation, в его обработчике происходит обновление надписей для вывода широты, долготы и точности. Новые данные берутся из объекта newLocation класса CLLocation, который передается в обработчик в качестве параметра. К примеру, так выводится широта: self.latitudeText. stringValue = [NSString stringWithFormat:@"%.2f", newLocation. coordinate.latitude]; также у индикатора прогресса останавли-

вается анимация: [self.progressBar stopAnimation:nil];.

Кроме того, в этом обработчике содержится блок кода, выполняющий процедуру обратного геокодирования. В начале блока выполняется метод reverseGeocodeLocation объекта класса CLGeocoder. Этот метод получает объект newLocation класса CLLocation с текущими координатами, вдобавок он получает указатели на массив и объект NSError, которые после выполнения метода содержат, соответственно, набор объек-

ИТОГИ

OS X содержит множество фреймворков для гибкого управления любым аспектом операционной системы и разнообразным оборудованием. В сегодняшней статье мы обратили внимание на мультимедиа и геолокацию. Для работы с мультимедиа мы воспользовались фреймворком AVFoundation, который предлагает мощные средства для загрузки данных из любых источников и воспроизведения видео и аудио самых разных форматов. Мы узнали о поддержке вывода видеоданных со стороны фреймворка Core Animation, который предоставляет слои для визуализации видеоконтента. В этом контексте мы разобрались и научились работать со слоями двух типов. Рассматривая тему геолокации, мы выяснили, какие аппаратные средства имеются в устройствах фирмы Apple, воспользовались средствами геолокационного фреймворка Core Location и научились с его помощью определять свое местонахождение и адрес, преобразуя «сырые» координаты в понятные сведения на уровне названия страны, города, улицы.

Не отступая от традиции, хочу пожелать тебе удачи в кодировании для систем от Яблока, освоении новых технологий и прочих простых программистских радостей. До встречи на страницах ][!